物理实验中的基本调整与操作技1.doc

物理实验中的基本调整与操作技术 实验中的调整和操作技术十分重要，正确的调整和操作不仅可将系统误差减小到最低限度，而且对提高实验结果的准确度有直接影响。有关实验调整和操作技术的内容相当广泛，需要通过一个个具体的实验的训练逐渐积累起来。每一个实验的内容和方法仅具有启发性的意义，而绝对没有普遍性的意义。熟练的实验技术和能力只能来源于实践。 在实验过程中，我们必须养成良好的习惯，在进行任何测量前首先要调整好仪器，并且按确的操作规程去做。要懂得：任何正确的结果都来自仔细的调节、严格的操作、认真的观察和合理的分析。 下面介绍一些最基本的具有一定普遍意义的调整技术，以及电学实验、光学实验的基本操作规程。其他的调整、操作技术将在各有关的实验中介绍。1 零位调整 一个初学的实验者；往往不注意仪器或量具的零位是否准确，总以为它们在出厂时都已校准好了。但实际情况并不完全如此，由于环境的变化或经常使用而引起磨损等原因，它们的零位往往已发生了变化。因此在实验前总需要检查和校准仪器的零位，否则将人为地引人误差。 零位校准的方法一般有两种：一种是测量仪器有零位校准器的，如电表等，则应调整校准器，使仪器在测量前处于零位；另一种是仪器不能进行零位校正，如端点磨损的米尺或螺旋测微计等，则在测量前应先记下初读数，以便在测量结果中加以修正。2 水平、铅直调整 在实验中经常遇到要对使用仪器进行水平和铅直的调整，如调平台的水平或支柱的铅直。这种调整可借助悬锤与水平仪。几乎所有需要调整水平或铅直状态的实验装置都在底座上装有三个（或二个）调节螺丝，三个螺丝的连线是成等边三角形或等腰三角形的，如图021所示。 用悬锤调整铅直时，只要下悬的锤头尖与底座上的座尖对准即可。用气泡水平仪调整时，则要使气泡居中。一般水平与铅直调整可相互转化，互为补充。例 1在机械加工的垂直度和平整度有保证的情况下，立柱铅直的调整就可转化为图021中的三个螺丝1，2，3的水平等高调整。调整时，首先将长方形的水平仪放在与2，3连线平行的AB线上，调节螺丝2（或3）使气泡居中；然后将水平仪置于与AB垂直方向的CD线上，再调节螺丝1，使气泡居中。这时1，2，3大致在同一水平面上，即立柱已大致处于铅直状态。由于调整相互影响，故需作反复的调节，逐次逼近，直至水平仪置于任意位置时气泡都居中，这时立柱即处于铅直状态。2 B C 1 C CB A D D A 3 图 02-2 图 02-1 例2欲调整一圆管的水平，若圆管上无法放置水平仪，则可在管子的后面放置一画有正交方格的坐标纸，如图022所示。使方格的水平线与管子AB的边沿相切，在管子C处挂一重锤D，调整管子A，B端的高度，观察悬线CD，直至CD与管子后面坐标纸上方格的铅直线平行为止。此时，管子已处于水平位置这是水平调整化为铅直调整的实例。 33 消除视差 实验测量中，经常会遇到读数标线（指针、叉丝）和标尺平面不重合的情况。例如：电表的指针和标度面总是离开一定距离的。因此，当眼睛在不同位置观察时，读得的指示值会有差异，这就是视差。有无视差可根据观测时人眼睛稍稍移动，标线与标尺刻度是否有相对运动来判断。我们用人眼直接观察物体为例来说明：设A点和B点代表两个不重合的物点，如图023（a）所示，人眼（假定用一只眼）在左、中、右不同位置观察时，就会得出不同的结论。在中间观察时A与B重合；在左面观察时，认为A在左B在右；在右面观察时，则认为B在左A在右。所以人眼左右稍稍移动时，就会观察到A，B有相对运动，即有视差。若A，B两点重合在一起，如图023（b）所示，那么无论人眼在什么位置上进行观测，都不会出现视差。A，B A B左A右 A左B右 B 左 中 右 图 02-4 （b） （a） 图 02-3 为了消除测量读数时的视差，应做到正面垂直观测。例如：用米尺测量物体长度时，应该在如024所示的正确位置读数。又如对电表读数应垂直于表面正视，使指针与刻度槽下面平面镜中的像重叠时，读下标尺上无视差的读数才是正确的。 下面再来分析一下光学仪器测读时的视差问题。在用光学仪器进行非接触式测量时，常用到带有叉丝的测微目镜、望远镜或读数显微镜。望远镜和读数显微镜基本光路见图025。它们的共同特点是在目镜焦平面 （F2处）内侧附近装有一个十字叉丝（或带有刻度的玻璃分划板）若被观察物经物镜后成像A1Bl落在叉丝位置处，人眼经目镜看到叉丝与物体的最后虚像A2B2都在明视距离处的同一平面上，这样便无视差。明视距离 B2目镜B1物镜叉丝A1A2图 02-5要消除视差，需要仔细调节目镜（连同叉丝）与物镜之间的距离，使被观察体经物镜后成像在叉丝所在的平面内。一般是一边仔细调节一边稍稍移动人眼，看看两者是否有相对运动，直至基本上无相对运动为止。2 4 共轴调整 几乎所有的光学仪器，都要求仪器内部的各个光学元件主光轴相互重合。为次，要对各光学元件进行共轴调整，一般可分成粗调和细调两步来进行。 粗调时，用目测法判断，使各元件所在平面基本上相互平行，将各光学元件和光源的中心调到基本上垂直于自己所在平面的同一直线上。这样，各光学元件的光轴就大致接近重合了。 细调时，利用光学系统本身或者借助其他光学仪器，依据光学的基本规律来调整。例如，依据透镜成像规律，用自准直法和二次成像法调整时，移动光学元件，使像没有上下左右移动。25 逐次逼近法任何调整几乎都不是一蹴而就的，都要经过仔细、反复的调节。一个简便而有效的技巧是“逐次逼近”。特别是对于运用零示仪器的实验或仪器，采用“反向逐次逼近”调节技术，能较快地达到目的。例如：输入量为 x1时，零示仪器向左偏转 5个分度，输入量为x2时，向右偏转 3个分度，可判断出平衡位置应出现在输入量为x1xx2范围内。再输入x3（x1x3x2时，若向左偏2个分度；输入x4（x3x4x2时，向右偏1个分度，则平衡位置应出现在输入量x3xx4范围内。如此逐次逼近可迅速找到平衡点。如图026所示。yx1xx2输入x2输入x4输入x3输入x1xx3xx4x00图 02-6图 02-726先定性、后定量初学实验者往往急于获得测量结果，盲目操作，当实验进行到中途才发现有问题，而不得不返工，然而，一个训练有素的科学工作者，则是采用“先定性，后定量”的原则进行实验。在定量测定前，先定性地观察实验变化的全过程，了解一下变化的规律，然后Z再着手进行定量测量。例如：实验测定如图02-7所示的变化曲线时，可以先观察一下y随x的改变而变化的情况，然后在分配测量时间间隔时，采用不等间距测量，在x0附近多测几个点，这样作出的图就比较正确合理。27电学实验的操作规程（1） 注意安全 电学实验使用的电源通常是 220 V的交流电和 024 V直流电，但有的实验电压高达104 V以上。一般人体接触36 V以上的电压时，就有危险，所以在做电学实验的过程中要特别注意人身安全，谨防触电事故发生。实验者要做到： 1）、接、拆线路，必须在断电状态下进行； 2）、操作时，人体不能触摸仪器的高压带电部位； 3）高压部分的接线柱或导线，一般要用红色标志，以示危险。（2） 要正确接线，合理布局 1）、看清和分析电路图中共有几个回路，一般从电源的正极开始，按从高电势到低电势的顺序接线。如果有支路，则应把第一个回路完全接好后，再接另一个回路，切忌乱接。 2）、仪器布局要合理。要将需要经常控制和读数的仪器置于操作者面前，开关一定要放在最易操纵的地方。 3）、各器件要处于正确使用状态。例如：接通电源前，电源输出电压和分压器输出电压均置于最小值处，限流器的接入电路部分阻值置于最大值处，电表要选择合理的量程，电阻箱阻值不能为零等等。（3 ）要检查线路 电路接完后，要仔细自查，确保无误后，经教师复查同意，方能接通电源进行操作。合上电源开关时，要密切注意各仪表是否正常工作，若有反常，立即切断电源排除故障，并报告指导教师。（4） 实验完毕仪器要整理 实验完毕，先切断电源，实验结果经教师认可后，方可拆除线路，并把各器件按要求放置整齐。2 8 光学实验的操作要点（1） 光学器件保护 光学实验是“清洁的实验”，对光学仪器和元件，应注意防尘，保持干燥以防发霉，不能用手或其它硬物碰、擦光学元件的表面；也不能对着它呼气；必要时可用擦镜纸或蘸有酒精或乙醚溶液的脱脂棉轻擦。（2）对机械部分操作要轻、稳 光学仪器的机械可动部分很精密，操作时动作要轻，用力